c波段介质谐振器稳频振荡源

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1、C波段介质谐振器稳频振荡源刘松德　　【摘要】　详细介绍了C波段介质谐振器稳频振荡源的工作原理、电路分析、设计和调试，并给出了测试结果及使用情况。　　【关键词】　介质谐振器，振荡源，频率稳定度CBandOscillatorStabilizedtheFrequencywiththeDielectricResonatorLiuSongde(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology　Nanjing210013)　　【Abstract】　Thispaperdescribestheprinciples,circuitanalysis,de

2、signandtestofcbandoscillatorstabiligedthefrequencywiththedielectricresonator.Thispaperalsogivesthemeasurementresultsandapplication.　　【Keywords】　dielectricresonator,oscillator,frequencystability1　引言　　随着雷达、电子对抗、卫星通信事业日新月异地发展，越来越迫切地需要性能优良的微波振荡源。由于高Q介质谐振器、微波低噪声晶体相继问世，各种波段介质谐振器稳频振荡源也脱颖而出。它们具有体积小、重

3、量轻、结构简单、成本低、相位噪声较低和频率稳定度高等优点。本振荡源采用反馈型电路结构，具有频带宽、调试方便和不跳模等优点。2　介质谐振器工作原理及设计　　电磁波是高介电常数介质向空气入射时在分界面上发生的反射和折射，当入射角大于或等于临界角时，电磁波发生全反射。介质的介电常数越高，临界角越小，全反射现象越完善，介质表面形成磁壁。磁壁所围成的介质块构成介质谐振器。由于介质品质因素很高，电磁能绝大部分集中在介质谐振器内，电磁振荡就能维持下去。因此，用介质谐振器作为振荡源的稳频腔提高了振荡源的频率稳定度，降低了振荡源的相位噪声。　　介质谐振器的外形有园柱形、环形和方形三种。振荡模式有T

4、E018、TM01δ和TE11δ。本振荡源选用园柱形介质谐振器，谐振模式为TE01δ。　　介质谐振器的分析方法有数值法和解析法。解析法分为磁壁法、介质波导法和混合波导法。利用这些方法得到的介质谐振器的计算公式在许多文献中已有论述。用EEsof公司的微波软件来设计介质谐振器非常方便。这里介绍一种工程上实用的计算介质谐振器的近似公式式中，f0为谐振频率，单位GHz；εr为介质谐振器的相对介电常数；D为介质谐振器的直径，单位mm；H为介质谐振器的高度，单位mm。介质谐振器的直径与高度之比取值范围在2～3之间，一般选用2.5，在这个范围内选用可以抑制跳模。　　介质稳频腔的结构示意图如图1

5、所示。实验表明，调谐盘直径的大小对振荡源性能影响较大。调谐盘直径越大，稳定调谐范围就越小，振荡频率即下降；调谐盘直径越小，稳定调谐范围就越大，振荡频率即上升。但调谐盘直径太小，引起磁耦合变弱，振荡源不易起振，一般(直径)之比选为1.5～2比较合适。调谐盘调谐深度L在(0.6～1)D之间选用，这时介质稳频腔工作在高Q状态。图1　介质谐振器稳频腔结构示意图3　C波段介质谐振器稳频振荡源的工作原理、电路分析及设计考虑　　C波段介质谐振器稳频振荡源电路图如图2所示。振荡源实际上是由单管放大器和选频反馈网络组成的。当放大器的增益大于选频反馈网络反馈系数的模值并满足振荡的相位要求时，就能产生

6、稳定的振荡。单管放大器要采用S12很小的振荡管，否则易产生寄生振荡。由于介质谐振器DR具有高Q值，且适当地选择了频率温度系数以补偿振荡源的负温度特性，因此，所示振荡源具有高的频率稳定度。介质谐振器实际上是损耗很小的带通滤波器，它的谐振频率决定了振荡源的振荡频率。C波段介质谐振器稳频振荡源的等效电路如图3所示。图2　C波段介质谐振器稳频振荡源电路图图3　C波段介质谐振器稳频振荡源的等效电路　　网络B是介质谐振器反馈电路，用〔S′〕表示；网络A由三端口FET和除反馈电路外的其余无源电路组成，用〔S〕表示。从I—I参考面向左视的反射系数Γs为　　D是〔S〕的行列式，Dij是Sij的代数

7、余子式，D′是〔S′〕的行列式。电路满足稳定振荡的条件是ΓsΓL=1。由于ΓL0，所以Γs趋向∞，即式(2)分母等于零。这样导出了满足振荡条件的下列近似关系式：　　式(3)对温度求导，并设β1、β2和Q0对温度不敏感，在f≈f0时，可得振荡器频率温度系数为　　由式(5)可知，适当地选择介质谐振器频率温度系数可使振荡源频率温度系数降到最小，提高了振荡源的频率稳定度。　　耦合系数β1和β2分别为θ0是介质谐振器的无载品质因素。　　图2中剖面线部分为微带线。介质谐振器位于漏极微带线和栅